Йохан Керн. Призма – световой „резонатор“?

Открытие — это не изобретение. Изобретение может быть давно искомым решением поставленной задачи при помощи известных явлений или механизмов. Открытие тем и открытие, что оно является эффектом, о котором никто ничего не знал, а потому и не искал, не мог искать. Искать можно только то, что известно. Как все находки, открытие бывает большим или маленьким. Но открывается оно, как правило, лицам более или менее подготовленным, которые могут сразу оценить, что наблюдаемое ими не только весьма любопытно, но и скорее всего нечто совершенно неизвестное.

Большим ли было открытие электричества в те времена, когда о нём только и было известно, что натёртая шерстью палочка притягивает кусочки бумаги? В таком виде это открытие просуществовало тысячелетия. Никто не видел в нём пользы и никто не знает имени автора или авторов, впервые заметивших это явление. А теперь мы без электричества не можем ступить и шагу. Имена Фарадея или Теслы, сделавших многое для развития наших знаний об электричестве, известны почти каждому человеку. Объединяет все открытия то, что мы всегда видим в них нечто необычное и хотели бы знать его причину — даже тогда, когда нам от этого нет никакой пользы.

Сказанное выше — только присказка. При каком-то перемещении призмы на подложке при работе с лазером, призма неожиданно «вспыхнула», как вспыхивает включаемая лампочка. Конечно, эффект был не такой сильный, но, тем не менее, достаточно сильный, чтобы заинтересовать, и начать искать его причину. Возможно, это произошло из-за того, что луч лазера упал на внутреннюю поверхность боковой грани и отражённый свет заставил «вспыхнуть» всю призму? Но всё оказалось наоборот. Очередная «вспышка» была замечена, когда луч лазера коснулся наружной поверхности грани.

Странно. Когда луч лазера падает на торцевую грань перпендикулярно, в этом месте возникает довольно яркая светящаяся точка. Вторая яркая точка возникает в месте выхода луча через противоположную торцовую грань. Обе эти светящиеся точки довольно хорошо освещают все грани призмы изнутри.

Если направить луч так, чтобы он отразился изнутри от одной из боковых граней, то возникает ещё одна светящаяся точка, освещающая грани призмы изнутри. Но эффект это даёт незначительный по сравнению с той вспышкой, которая получается при освещении лучом лазера, касающимся боковой грани снаружи. При этом с противоположной стороны призмы вообще даже не видно никаких ярких точек, которые могли бы освещать призму изнутри. Но вся призма и особенно торцевые грани становятся сравнительно очень яркими. Играет роль и то, как луч касается боковой грани. Когда направление луча продольное, эффект наиболее ярко выражен. Если же направление касающегося луча перпендикулярно плоскости, проходящей через центральную ось призмы, эффект почти незаметен.

Как ещё можно коснуться лучом призмы? Остались торцы. И вот тут-то ожидала главная неожиданность. В этом случае вспышка намного сильнее, чем при касании лучом боковой плоскости.

Направление касания не играет при этом никакого значения. Вспышка максимальна — даже в том случае, когда торцы не шлифованы и кажутся непрозрачными!

Как объяснить это явление? Единственное, что приходит в голову — это резонанс. Конечно, уже пару столетий свет представляют как волну. С некоторых пор его представляют как поперечные волны. Но поперечные волны распространяются поперёк направления колебаний (вдоль луча). Можно ли этим объяснить яркое равномерное свечение именно торцов?

Представим обычный барабан, один из наиболее простых музыкальных инструментов. У него наиболее чувствительны именно торцы. И именно они наиболее сильно излучают звуковые волны. Прозрачная призма в этом смысле напоминает барабан. Но на этом аналогия уже кончается. У барабана боковая поверхность не чувствительна.

Наблюдалось ли что-либо подобное? Когда свет «проникает» поперёк направления лучей?Мне известен отрывок из учебника физики [H. Vogel. Gerthsen Physik, Springer-Verlag, Berlin Heidekberg, 1995, стр. 486], связанный с полным внутренним отражением:

«Более подробное (внимательное?) наблюдение показывает нам пределы возможностей геометрической оптики. Если взять в качестве менее плотной оптической среды флуоресцирующую жидкость, то, несмотря на имеющее место полное внутреннее отражение, можно наблюдать тонкий флуоресцирующий слой. Небольшое количество света, следовательно, всё-таки проходит. Но толщина этого слоя равна только нескольким длинам волн; интенсивность убывает экспоненциально по мере удаления от границы сред».

По-видимому, этот отрывок говорит о некотором количестве света, перемещающегося перпендикулярно направлению луча. Но учебник толкует это как квантово-механический эффект.

Автору кажется, что здесь происходит нечто подобное. Луч не входит внутрь призмы, он только отражается от её поверхности. Но, тем не менее, свет как-то «проникает» в призму и она вся светится. Можно предположить, что свет входит в призму в направлении примерно перпендикулярном лучу.

Можно себе представить, что в луче лазера световые колебания направлены поперёк луча во всех направлениях. Поэтому при перпендикулярном входе луча, как на фото 1, все направления равноценны и потому свечение торцов незначительно. При «касании» лучом взаимодействие происходит боковое, поэтому может преобладать воздействие той части света, колебания которой направлено вдоль касательной к лучу. Поэтому здесь передаются в основном только поперечные колебания, касательные к лучу лазера и одновременно параллельные плоскости (грани) призмы.

Возбуждением поперечных колебаний объясняется в какой-то мере даже то, что направление касания луча на боковой грани должно быть продольное. На торцах же направление касания луча не должно иметь значения, как это и проявилось в эксперименте.

Разумеется, это только предположение. Новым здесь было бы распространение колебаний поперёк луча и захват ими всего объёма прозрачного тела. Своего рода взаимодействие со всем материалом, которого луч только касается?

При большом желании можно толковать описанное явление и просто как рассеивание света. Но это было бы тогда весьма странное «рассеивание». Величину рассеивания света, если бы оно было причиной свечения призмы, по-видимому, надо было бы приравнять к величине (мощности) свечения призмы. Как тогда объяснить, что величина этого рассеивания гораздо меньше, когда луч проходит через всю длину призмы внутри неё, по сравнению с тем, когда луч только касается материала призмы, вообще не входя внутрь её? Ведь рассеивание должно происходить именно при прохождении через материал призмы, при преодолении сопротивления движению луча? Поэтому автору кажется, что обнаруженный эффект имеет нечто общее с явлением резонанса.

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.